Phantoms zijn niet alleen spookachtige figuren van onze verbeelding, het zijn ook numerieke of fysieke modellen die menselijke kenmerken vertegenwoordigen en een goedkope manier bieden om elektromagnetische toepassingen te testen. Sossena-hout, een bio-engineering Ph.D. kandidaat aan de Universiteit van Pittsburgh, heeft een realistische fantoomkop ontwikkeld voor onderzoek naar magnetische resonantie in de Swanson School of Engineering.

Wood begon haar loopbaan bij Pitt als student aan de afdeling Electrical and Computer Engineering, waar ze Tamer Ibrahim ontmoette, een universitair hoofddocent bio-engineering. Ze begon onderzoek in zijn lab, de onderzoeksfaciliteit voor radiofrequentie (RF), tijdens haar laatste jaar en rondt nu haar proefschrift af met soortgelijk onderzoek als een afgestudeerde student aan de afdeling Bio-engineering.

Ibrahim stelde zich voor om een ​​3D-geprinte fantoomkop te ontwerpen voor gebruik met de uniek ontworpen ultrahoge veldtechnologie in zijn laboratorium. "In de RF-onderzoeksfaciliteit, we gebruiken een 7 Tesla magnetische resonantiebeeldsensor voor het hele lichaam (7T MRI), dat een van de sterkste klinische menselijke MRI-apparaten ter wereld is, " zei Ibrahim. 7T ultrahoge veldtechnologie is een krachtig hulpmiddel, maar helaas, er zijn een paar tegenslagen die gepaard gaan met dit soort beeldvorming.

"Als je van lagere naar hogere velden gaat, de geproduceerde beelden worden minder uniform en plaatselijke verhitting komt vaker voor, " legde Ibrahim uit. "We wilden een antropomorfe fantoomkop ontwikkelen om ons te helpen deze problemen beter te begrijpen door een veiligere manier te bieden om de beeldvorming te testen. We gebruiken het apparaat om te analyseren, evalueren, en kalibreer de MRI-systemen en instrumentatie voordat nieuwe protocollen op mensen worden getest."

Onderzoekers gebruiken momenteel numerieke simulaties om het effect van elektromagnetische (EM) velden op biologische weefsels met verschillende frequenties te bestuderen. Hout zei, "EM-numerieke modellering is een standaard geweest bij het analyseren van deze interacties, en we wilden een fantoom creëren dat leek op de menselijke vorm voor gebruik bij het valideren van de EM-modellering, waardoor een meer realistische omgeving voor testen wordt geboden."

Voordat Wood de 3D-structuur kon printen, ze moest computerwerk doen om de digitale blauwdruk voor het model te bouwen. Ze begon met een 3T MRI-dataset van een gezonde man, die ze kenmerkte door segmentatie en brak in acht weefselcompartimenten, een functie die haar model onderscheidt van andere standaard fantoomkoppen. Volgens Hout, deze compartimenten helpen de beeldnauwkeurigheid te verbeteren door te fungeren als een soort "verkeersdrempel" voor het veld.

Na de rekenkundige voorbereidingen, Wood gebruikte een MRI-scanner om een ​​3D-digitaal beeld van het hoofd van een gezonde man te maken en liet haar model computerondersteund ontwerpen. dat is software die wordt gebruikt om te creëren, aanpassen, analyseren, en een ontwerp optimaliseren.

De volgende stap was het printen van het prototype, die drie semesters in beslag nam. "We gebruikten een plastic ontwikkeld door DSM Somos voor ons printmateriaal, omdat het ons in staat stelde om duurzame en gedetailleerde onderdelen te maken met een vergelijkbare geleidbaarheid als het menselijk lichaam, ", zei Wood. "Om het model te helpen een echte omgeving na te bootsen, we hebben vulpoorten op het prototype gemaakt waar we vloeistoffen kunnen deponeren die op verschillende weefseltypes lijken."

Nu Wood een volledig bedrukte antropomorfe fantoomkop heeft, ze is in staat om het te monteren en te beginnen met testen. Het fantoom heeft veel toepassingen, waaronder testen om te zien of bepaalde implantaten in een MRI kunnen gaan of om de temperatuurstijging in verschillende weefsels te detecteren op basis van verschillende RF-instrumenten.

"Met MR-beeldvorming, het vermogen van de RF-blootstelling wordt omgezet in warmte in het weefsel van de patiënt, die nadelige gevolgen kunnen hebben voor de gezondheid van de patiënt, vooral met implantaten als ze niet door de scanner worden gecontroleerd", legt Wood uit. "Met onze fantoomkop, we kunnen de veiligheid van onze beeldvorming testen door sondes in bepaalde delen van het hoofd te plaatsen en de effecten te meten, ' zei Ibrahim.

Ibrahim en Wood hopen dat dit model uiteindelijk commercieel zal worden ontwikkeld en anderen de mogelijkheid zal bieden om onderzoek te doen zonder afhankelijk te zijn van menselijke tests.